JP2002048436A - 圧縮式冷凍機の抽気運転方法 - Google Patents

圧縮式冷凍機の抽気運転方法

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Yoshiomi Shiina
義臣 椎名
Atsuya Tomita
敦也 冨田
Shinya Adachi
真也 足立
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Hitachi Plant Technologies Ltd
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Hitachi Plant Technologies Ltd
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    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B43/00Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/04Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases
    • F25B43/046Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases for sorption type systems

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮式冷凍機の抽気装置から放出される冷媒
ガスの量を低減する 【解決手段】 圧縮式冷凍機の系内に混入した非凝縮性
ガスと冷媒ガスとの混合ガスを凝縮器から抽気装置の分
離器に導いて冷却し、混合ガス中の冷媒ガスを凝縮させ
つつ分離器内の圧力が所定の設定値SV1以上に達した
時に、分離器内の混合ガスを排気するようにした圧縮式
冷凍機の抽気運転方法において、前記設定値SV1を凝
縮器における凝縮圧力の上下変動範囲の中間値に設定し
て運転する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮式冷凍機の抽気
運転方法に係り、特に低圧冷媒を使用する圧縮式冷凍機
に好適な抽気運転方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は圧縮式冷凍機における抽気装置の
一般的な構成を示す系統図である。蒸発器10からの冷
媒ガスは圧縮機12によって圧縮され、凝縮器14で冷
却されて凝縮し冷媒液となる。この冷媒液は減圧後、蒸
発器10に送られ、ここで熱負荷源から熱を奪って蒸発
し、再び圧縮機12に送られる冷凍サイクルを繰り返
す。上記の冷媒ガスに空気などの非凝縮性ガスが混入す
ると凝縮器14内の凝縮圧力が上昇して効率の低下を招
く。例えば、冷媒としてフロン系の低圧冷媒であるR1
23を用いた場合には前記蒸発器10から圧縮機12に
至るルート11の運転圧力が通常は負圧となる。このた
め、運転中に配管の継手部や各部品の接続部から水分を
含んだ空気が冷凍機の系内に侵入する可能性があり、こ
れを確実に防止することが難しい。また、運転を停止す
ると全体の系が負圧となるので、同様に空気の侵入を確
実に防止することが難しい。このため、冷凍機内の冷媒
ガス中から前記非凝縮性ガスを除去する必要があり、通
常このような非凝縮性ガスを除去する操作を抽気と称し
ている。このような抽気操作は低圧冷媒を使用する圧縮
式冷凍機では特に必要となる。
【0003】以下、この種の低圧冷媒を用いる圧縮式冷
凍機の抽気操作の概略を図2に基いて説明する。非凝縮
性ガスは一般に冷媒ガスよりも軽く、かつ凝縮しないの
で、前記冷凍サイクルを繰り返す過程で凝縮器14の上
部に冷媒ガスと混合した状態で溜まる。この混合ガスを
管路18から抽気装置100の分離器20に導く。分離
器20にはジャケット22が設けられており、ジャケッ
ト22に凝縮器14で凝縮した冷媒液が管路23から流
入する。分離器20内では混合ガスがジャケット22内
の冷媒液により間接的に冷却され、混合ガス中の冷媒ガ
スが凝縮し、液化した冷媒液は液溜部24に一時的に貯
留される。液溜部24にはフロート式の排出弁26が設
けられており、冷媒液の液面が所定レベルに達する毎に
冷媒液を間欠的に排出する。排出された冷媒液は管路2
8から蒸発器10に送られる。一方、管路23から前記
ジャケット22内に流入した冷媒液は、前記混合ガスと
の熱交換によって蒸発し、気化した冷媒ガスは管路30
から蒸発器10に導かれる。
【0004】分離器20の上部には排気管32が接続さ
れ、この排気管32には仕切弁34および電磁弁36が
設けられている。また、分離器20内の圧力に基いて電
磁弁36を開閉させる圧力スイッチ40と、前記凝縮器
14内の圧力と分離器20内の圧力との差圧に基いて電
磁弁36を開閉させる差圧スイッチ42とが設けられて
いる。
【0005】上記の構成において、分離器20内の混合
ガスの殆どが冷媒ガスであると、分離器20内では冷媒
ガスがジャケット22内に流入した冷媒液によって冷却
され凝縮する。この凝縮によって分離器20内の圧力が
低下し、凝縮器14上部の混合ガスが管路18から分離
器20に流入する。この時、凝縮器14内の圧力と分離
器20内の圧力との間には一定値以上の差圧が生じる。
【0006】分離器20に流入する混合ガス中に多少で
も非凝縮性ガスが混入していると、分離器20には次第
に液化しない非凝縮性ガスが蓄積され、分離器20内の
圧力が次第に上昇し、凝縮器14内の圧力との差圧も次
第に小さくなる。
【0007】したがって、圧力スイッチ40で検出され
る分離器20内の圧力が設定値以上になり、かつ、差圧
スイッチ42で検出される凝縮器14内と分離器20内
との差圧が設定値以下になると電磁弁36を開にする。
電磁弁36が開となることによって管路32が開放さ
れ、分離器20内の混合ガス(主として非凝縮性ガス)
が装置外へ放出される。なお、仕切弁34は手動式であ
り、抽気装置100を機能させる時には開とし、機能さ
せない時のみ閉にしておく。
【0008】混合ガスを装置外へ放出することにより、
分離器20内の圧力が低下し、凝縮器14との差圧も大
きくなる。前記電磁弁36が閉止された後、凝縮器14
から分離器20に流入する冷媒ガスの流量が増大して、
以下、上記と同様の抽気動作が繰り返し実行される。
【0009】ところで、圧縮式冷凍機では熱負荷等の運
転条件によって凝縮圧力が変動することが知られてい
る。例えば、冷媒としてフロン系の低圧冷媒であるR1
23を空調用の冷熱源として用い、凝縮器で約35℃の
冷却水を用いて冷媒を冷却した場合には、熱負荷が最も
小さい時期では冷媒の凝縮圧力は30kPa程度であ
り、熱負荷が大きい夏期には冷媒の凝縮圧力は80kP
a程度に上昇する。すなわち、冷媒の凝縮圧力が熱負荷
等に応じて、30〜80kPaの範囲で変動する。
【0010】このため、冷媒の凝縮圧力が変動するいず
れの状況においても抽気が実行されるように、分離器2
0における圧力スイッチ40の設定値は凝縮圧力の変動
範囲の下限値よりも小さく設定することが通常であっ
た。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記抽
気操作によって放出される混合ガスには非凝縮性ガス以
外に冷媒ガスが当然に混入している。一方、近年フロン
系の排ガスが大気環境に及ぼす悪影響が問題視されるよ
うになり、この種の圧縮式冷凍機の抽気装置から放出さ
れる冷媒ガスの量も無視できない状況になってきた。ま
た、抽気操作に伴って放出される冷媒ガスに見合う量の
冷媒を圧縮式冷凍機に補充しなければならず、冷媒の補
充量を節減する必要があった。
【0012】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
改善し、抽気装置から放出される冷媒ガスの量を低減す
ることができる圧縮式冷凍機の抽気運転方法を提供する
ことにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明に係る圧縮式冷凍機の抽気運転方法は、圧
縮式冷凍機の系内に混入した非凝縮性ガスと冷媒ガスと
の混合ガスを凝縮器から通路を介して抽気装置の分離器
に導いて冷却し、前記混合ガス中の冷媒ガスを凝縮させ
つつ分離器内の圧力が所定の設定値以上に達した時に、
前記分離器内の混合ガスを排気するようにした圧縮式冷
凍機の抽気運転方法において、前記設定値を凝縮器にお
ける凝縮圧力の上下変動範囲の中間値に設定して運転す
ることを特徴とする。
【0014】また、本発明に係る圧縮式冷凍機の抽気運
転方法は、前記凝縮器内の圧力と前記分離器内の圧力と
の差圧が一定値以下に達したことを条件として前記分離
器内の混合ガスを排気することを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明を実施するための装置構成
は図2に示したものと基本的には同一であり、抽気操作
の態様も前記従来の技術の項で説明した内容と基本的に
は同一である。本発明の実施の形態においては、図2に
示した圧力スイッチ40の設定値を凝縮器14における
凝縮圧力の上下変動範囲の中間値に設定する。ここで凝
縮圧力の上下変動範囲とは、前記したように圧縮式冷凍
機では熱負荷等によって冷媒の凝縮圧力が変動するの
で、予想される最小熱負荷時の凝縮圧力を下限とし、予
想される最大熱負荷時の凝縮圧力を上限とした範囲を意
味する。
【0016】図1は冷媒としてフロン系の低圧冷媒であ
るR123を空調用の冷熱源として用いた場合における
凝縮器14内の凝縮圧力と分離器20内の圧力との関係
を例示したものである。横軸に示したように凝縮器14
内の凝縮圧力は熱負荷等の運転条件によって30〜80
kPaの範囲で変動することが予想される。
【0017】前記したように従来の運転では、凝縮器1
4内の凝縮圧力が変動するいずれの状況においても、抽
気が実行されるように分離器20における圧力スイッチ
40の設定値は凝縮圧力の変動範囲の下限値よりも小さ
く設定していた。したがって、上記R123の場合、圧
力スイッチ40の設定値SV1を凝縮圧力の変動範囲の
下限値30kPaよりも小さい例えば20kPaに設定
していた。この20kPaという値は前記排気管32を
開放した時に、外気が排気管32から分離器20内に逆
流することを確実に防止する意味合いもある。また、差
圧スイッチ42の設定値SV2も例えば20kPaに設
定していた。このような設定をすることによって、分離
器20内の圧力が抽気作用によって次第に上昇し、上記
の設定値SV1及び設定値SV2の双方を満足すると前
記電磁弁36が開放され、分離器20からの排気が行わ
れる。
【0018】この従来の運転における分離器20での排
気動作を凝縮器14内の凝縮圧力の変動範囲に対応して
分離器20内の圧力で示すと、図1のa−b及びb−c
で示した動作線になる。また、抽気装置100の構成
上、分離器20内の圧力が凝縮器14内の凝縮圧力を越
えることは有り得ない。したがって、従来の運転におい
て分離器20内の圧力が上昇した時に排気されるべき範
囲は、図1のa−b−c−d−e−aで囲われた範囲X
で示すことができる。
【0019】一方、本実施の形態では、圧力スイッチ4
0の設定値SV1を凝縮圧力の上下変動範囲30〜80
kPaの中間値である例えば50kPaに設定する。ま
た、差圧スイッチ42の設定値SV2は従来の運転と同
様に20kPaに設定する。
【0020】本実施の形態おける分離器20での排気動
作を凝縮器14内の凝縮圧力の変動範囲に対応して分離
器20内の圧力で示すと、図1のA−B及びB−cで示
した動作線になる。また、分離器20内の圧力が上昇し
た時に排気されるべき範囲は、図1のA−B−c−d−
Aで囲われた範囲Yで示すことができる。
【0021】従来の運転に係る範囲Xと本実施の形態お
ける範囲Yとを比較すると、範囲Yが範囲Xに比べて半
減していることが判る。このことは本実施の形態では分
離器20での排気の動作機会が著しく低減することを意
味している。すなわち、従来の運転では排気の動作が実
行されていたa−b−B−A−e−aで囲われた範囲に
ついては、本実施の形態では分離器20での排気が行わ
れない。このため、分離器20での排気に伴って放出さ
れる冷媒ガスの量を著しく低減することができる。
【0022】図3は非凝縮性ガスと冷媒ガスとの混合ガ
スの圧力と、この混合ガス中の冷媒ガスの濃度との一般
的な関係を示す説明図である。冷媒ガスが凝縮し易い圧
力、一定温度の条件下においては、図3に示されるよう
に混合ガス中の冷媒ガスの濃度は混合ガスの圧力に大き
く依存する。すなわち、混合ガスの圧力が低いと冷媒ガ
スの濃度が高くなり、逆に混合ガスの圧力が高いと冷媒
ガスの濃度が急減する。
【0023】本実施の形態では混合ガスの圧力が比較的
高い時にのみ分離器20での排気が行われるので、排気
される混合ガス中の冷媒ガスの濃度が低い。一方、従来
の運転では混合ガスの圧力が比較的低い時にも排気する
ので、この時に高濃度の冷媒ガスを含む混合ガスが放出
される。したがって、本実施の形態によれば冷媒ガスの
放出量低減効果が相乗して大きくなることが判る。
【0024】なお、本実施の形態においては凝縮器14
内の凝縮圧力が比較的低い運転範囲では抽気が実行され
ない。このため、凝縮器14内に非凝縮性ガスが次第に
蓄積して冷媒の凝縮圧力が上昇し、冷凍サイクルの効率
の低下を招くことが懸念される。しかしながら、このよ
うな運転範囲は前記したように熱負荷が比較的小さい時
であるから、冷凍サイクルの効率が少々低下しても冷凍
能力の面では問題がない。また、上記抽気が実行されな
い低負荷運転が長期間継続して凝縮圧力が設定値SV1
に達すれば自律的に抽気が実行されるので格別の問題は
ない。
【0025】本実施の形態において、設定値SV1を凝
縮圧力の上下変動範囲内のどの位置に設定するかは状況
によって異なる。本体である圧縮式冷凍機の発停が日に
数回行われる場合には、設定値SV1は上下変動範囲内
の高い方が好ましく、運転が長期間にわたって継続され
る場合には、設定値SV1はなるべく低い方が好まし
い。また、設定値SV1を例えば圧縮式冷凍機の運転状
況に適合させて望ましい値に自動設定する制御回路を設
けてもよい。このような自動設定回路によって、理想的
な抽気運転方法が実現できる。
【0026】冷媒としてフロン系の低圧冷媒であるR1
23を空調用の冷熱源として用いた場合について説明し
た。しかしながら、本発明はこれに限らず、他の冷媒を
用いた圧縮式冷凍機の抽気運転方法にも適用できる。ま
た、本発明は空調用の冷熱源に限らず他用途の圧縮式冷
凍機の抽気運転方法にも適用できる。また、本発明に係
る通路は混合ガスが実質的に通る路であればよく、管路
18以外の形状であってもよい。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば圧縮式冷凍機の抽気装置
から放出される冷媒ガスの量を低減することができる。
このため、冷媒ガスの放出による環境破壊を回避するこ
とに寄与することができる。また、圧縮式冷凍機におけ
る冷媒の補充量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】凝縮器内の凝縮圧力と抽気装置の分離器内の圧
力との関係を示す説明図である。
【図2】圧縮式冷凍機における抽気装置の一般的な構成
を示す系統図である。
【図3】混合ガスの圧力と、この混合ガス中の冷媒ガス
の濃度との一般的な関係を示す説明図である。
【符号の説明】
10……蒸発器 12……圧縮機 14……凝縮器 20……分離器 32……排気管 36……電磁弁 40……圧力スイッチ 42……差圧スイッチ 100……抽気装置

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】圧縮式冷凍機の系内に混入した非凝縮性ガ
    スと冷媒ガスとの混合ガスを凝縮器から通路を介して抽
    気装置の分離器に導いて冷却し、前記混合ガス中の冷媒
    ガスを凝縮させつつ分離器内の圧力が所定の設定値以上
    に達した時に、前記分離器内の混合ガスを排気するよう
    にした圧縮式冷凍機の抽気運転方法において、前記設定
    値を凝縮器における凝縮圧力の上下変動範囲の中間値に
    設定して運転することを特徴とする圧縮式冷凍機の抽気
    運転方法。
  2. 【請求項2】前記凝縮器内の圧力と前記分離器内の圧力
    との差圧が一定値以下に達したことを条件として前記分
    離器内の混合ガスを排気することを特徴とする請求項1
    に記載の圧縮式冷凍機の抽気運転方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012069048A2 (de) * 2010-11-23 2012-05-31 Invensor Gmbh Vakuumbehälter zur entfernung von fremdgasen aus einer adsorptionskältemaschine

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